Солнечная радиация

Источником энергии, тепла и света на земном шаре является солнце. Солнечная энергия нагревает поверхность земли, испаряет воду, вызывает воздушные течения и связанные со всем этим изменения погоды и климата данной местности.

Солнечной радиации обязана своим существованием вся органическая жизнь на земле.

Лучистая энергия солнца представляет собой электромагнитные колебания (и одновременно поток квантов), которые распространяются прямолинейно со скоростью 300 000 км/сек. Между энергией кванта и частотой колебаний существует определенная зависимость, выраженная формулой Планка:

e=hw,

где e - энергия кванта; w - частота колебаний; h - квантовая постоянная, равная 6,624-27 эрг/сек.

Из этой формулы видно, что чем больше частота колебаний, т. е. чем меньше длина волны, тем больший запас энергии излучения несет она.

Значение солнечной радиации для человеческого организма. Спектральный состав солнечной радиации и биологическое действие лучей различной длины волны представлены в табл. 1.

Таблица 1. Спектральный состав солнечной радиации

(нм - нанометр, по новой международной системе (Si) равен одному миллимикрону.)

Видимые лучи обеспечивают функцию наиболее тонкого и дистанционного анализатора, каким является зрение. Солнечный свет - важный раздражитель, который через зрительный анализатор влияет на состояние центральной нервной системы, повышая активность коры больших полушарий. Свет действует положительно на эмоциональное состояние человека во время бодрствования; улучшает его самочувствие, повышает жизненный тонус. Действуя рефлекторно через зрительный анализатор и частично через периферические нервные окончания в коже, свет воздействует на осуществление фотохимических процессов в организме, на ритм жизненного уклада (сон и бодрствование), обмен веществ, сердечно-сосудистую систему и т. д. Экспериментально доказано, что рост животных, выращиваемых в темноте, отстает от роста животных, которые живут в условиях нормального освещения.

Видимые лучи обладают фотохимическим действием, в особенности в присутствии фотосенсибилизаторов, т. е. веществ, которые, вбирая кванты лучистой энергии, не претерпевают длительных изменений, но, восстанавливая свои свойства, отдают как бы в концентрированном виде энергию окружающим тканям, вызывая в них стойкие изменения.

Из инфракрасных лучей глубоко в кожу проникают короткие лучи, которые вызывают нагревание, повышают температуру ткани, вызывают расширение кожных сосудов и гиперемию кожи. Они несколько увеличивают обмен веществ и усиливают биологическое действие ультрафиолетовых лучей.

Длинноволновые и средневолновые ультрафиолетовые лучи (короткие лучи поглощаются озоном воздуха и не достигают земной поверхности) обладают выраженным биологическим действием. Они, особенно средние, вызывают фотолиз белков, образование высокоактивных (гистаминоподобных и др.) веществ, которые стимулируют обмен веществ, кроветворение, рост клеток, регенерацию кожи и другие процессы в организме.

Через 1-3 часа, а иногда и раньше на облучаемых участках кожи возникает воспалительная реакция - эритема. Наибольшей способностью вызывать эритему обладают лучи с длиной волны 330-290 нм. В результате фотохимического действия ультрафиолетовых лучей на поверхности кожи и в верхних слоях ее из 7-дегидрохолестерина синтезируется витамин D. Таким образом, эти лучи обладают антирахитическим действием, причем наибольшим антирахитическим действием отличаются лучи с длиной волны 313 нм и короче.

Среди защитных реакций, которые обусловливают акклиматизацию человека к действию солнечной радиации, большое значение имеют утолщение и уплотнение эпидермиса и образование пигмента (загар), которые усиливают барьерные функции кожи. Быстрое образование загара - один из показателей реактивности организма.

Внимание исследователей давно привлекает бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей, которое связывают с действием облучения на нуклеопротеиды клеточного ядра. Облучение мощным потоком коротких ультрафиолетовых лучей убивает микроорганизмы в течение 1/2-10 секунд.

Солнечное облучение является сильным раздражителем для организма. Длительное пребывание под солнечными лучами может привести:

а) к возникновению эритемы с общей реакцией организма в виде повышения температуры, головных болей, бессонницы;

б) к перегреву организма;

в) к солнечному удару;

г) к ухудшению самочувствия, повышению раздражительности, похуданию, обострению хронических воспалительных заболеваний, туберкулеза и т. д.

Интенсивный солнечный свет может привести к ослеплению, сенсибилизации и др.

Солнечная радиация в населенных местах. Напряжение интегрального потока солнечной радиации измеряют калориями тепла за 1 минуту на 1 м² зачерненной поверхности, размещенной перпендикулярно к направлению лучей.

Напряжение солнечной радиации на границе земной атмосферы равняется 1,94 кал на 1 см²/мин (солнечная постоянная). При прохождении через атмосферу напряжение солнечной радиации уменьшается в результате рассеивания молекулами воздуха, поглощения водяными парами, пылевыми частицами и отражения от облаков.

Актинометрические измерения показали, что в условиях незагрязненной атмосферы на юге СССР напряжение солнечной радиации доходит до 1,4-1,5 кал/см²•мин. При низком стоянии солнца над горизонтом количество ультрафиолетовых лучей значительно уменьшается вследствие изменения спектрального состава солнечной радиации. Загрязнение атмосферы населенных мест может значительно снизить интенсивность солнечной радиации. Если напряжение ее в пригородах Лондона, например, принять за 100%, то в городе летом оно будет 83-95%, а зимой вследствие загрязнения воздуха дымом - 17-45%.

В результате постоянного загрязнения атмосферного воздуха населенных мест дымом и пылью утрачивается от 20 до 40% ультрафиолетовой радиации.

Значительная часть солнечной радиации может утрачиваться в городах при их неправильном планировании и строительстве (узкие улицы, дворы-колодцы) или при нерациональной ориентации домов по странам света. Оконное стекло вследствие наличия в нем примесей титана и железа задерживает наиболее ценную часть ультрафиолетовых лучей. Этого не наблюдается в так называемом увиолевом стекле, не содержащем указанных примесей.

Ультрафиолетовая недостаточность. Недостаточное облучение организма ультрафиолетовыми лучами В. В. Пашутин (1902) назвал световым голоданием.

Условия светового голодания создаются в северных широтах, особенно в Заполярье, а также в населенных пунктах с большим числом облачных и туманных дней.

По данным Н. Ф. Галанина, в климатических условиях Ленинграда период с 20 ноября по 20 января с биологической точки зрения соответствует полярной ночи из-за отсутствия в солнечном излучении ультрафиолетовых лучей с длиной волны короче 350 нм.

Рис. 5. Фотарий на шахте

Ультрафиолетовое голодание отрицательно сказывается на физиологическом состоянии Организма: снижается жизненный тонус и сопротивляемость к инфекционному началу различных заболеваний (грипп, туберкулез и др.).

Недостаток витамина D и связанное с ним нарушение фосфорнокальциевого обмена приводят к развитию у детей рахита, а у взрослых - к остеопорозу. Ультрафиолетовое голодание способствует развитию малокровия и хлороза.

Ряд мер позволяет устранить ультрафиолетовое голодание. К ним относятся правильная с гигиенической точки зрения планировка и застройка населенных мест, мероприятия по санитарной охране атмосферного воздуха, длительное пребывание людей на воздухе во время отдыха и т. д., а для детей - летние классы, детские площадки, пионерские лагеря, солярии, сон и физкультура на открытом воздухе и т. д.

Как мера борьбы с ультрафиолетовым голоданием предлагается профилактическое облучение ультрафиолетовыми лучами аргоно-ртутно-кварцевых ламп (АРК, ПРК) или люминесцентных - эритемных ламп. Спектр этих ламп имеет λmaximum В участке 366, 330, 313, 302 нм, т. е. включает в себя физиологически ценные ультрафиолетовые лучи. С профилактической целью при применении ламп ЗУВ доза облучения составляет 1/8-1/10 биодоз. Суточная доза радиации в санаториях, детских учреждениях, фотариях постепенно увеличивается и может достигнуть 3-5 биодоз^*.

^* (Биодозой (биологической дозой) называется минимальная продолжительность ультрафиолетового облучения, необходимая для получения на коже самой слабой эритемной реакции.)

Массовое облучение рабочих угольных шахт ультрафиолетовыми лучами проводится в фотариях (рис. 5).

Исследования показали, что при облучении ультрафиолетовыми лучами повышается трудоспособность, улучшается самочувствие, увеличивается количество эритроцитов и гемоглобина в крови, предупреждается развитие рахита и уменьшается заболеваемость простудными болезнями, гриппом и т. д.

При ясном небе рассеянная солнечная радиация богата ультрафиолетовыми лучами. Поэтому лицам, которым противопоказано облучение прямыми солнечными лучами (грудные дети, страдающие сердечно-сосудистой патологией, больные некоторыми формами туберкулеза), рекомендуется облучаться рассеянной солнечной радиацией (в тени).